(57)【要約】      （修正有）【課題】基板および膜面に対して高品質なレーザ加工を行い、コンパクトで必要最低限度の設置面積を実現するレーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供すること。【解決手段】レーザ加工装置は、Ｘプレート３６の上に載置されて、Ｘ方向に平行である１組の端辺の一方の辺に設置される第１立ち上がり軸５０Ａと、もう一方の端辺に設置される第２立ち上がり軸５０Ｂとを有する基板立ち上げプレート３７とを有する。該基板立ち上げプレート３７上には、基板１００を積載して固定するための固定部２８と、該基板立ち上げプレート３７に対してＹ方向に移動可能なＹプレート３１が載置される。上記基板立ち上げプレート３７は、第１立ち上がり軸５０Ａおよび第２立ち上がり軸５０Ｂを中心に、上記Ｘプレート３１の水平面に対して水平方向から垂直方向までの傾斜角度範囲内において回動自在であり、任意位置においてＸプレート３１に対して固定される。【選択図】図４Ａ
2007111717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレートと、
前記ベースプレートの上に載置されて、前記ベースプレートに対して第一の水平方向であるＸ方向に移動可能なＸプレートと、
前記Ｘプレートの上に載置されて、前記Ｘ方向に平行な１組の対向する端辺と、前記対向する端辺の一方の辺である第１端辺に設置される第１立ち上がり軸と、前記対向する端辺の他方の端辺である第２端辺に設置される第２立ち上がり軸とを有する基板立ち上げプレートと、
前記基板立ち上げプレート上に載置されて、基板を積載して固定するための固定部と、前記基板に被覆される領域に第１中空部とを備え、前記基板立ち上げプレートに対して前記第一の水平方向と直交するＹ方向に移動可能なＹプレートと
を具備し、
前記基板立ち上げプレートは、前記基板に被覆される領域に第２中空部を備え、前記第１立ち上がり軸、および前記第２立ち上がり軸を中心に、前記Ｘプレートの水平面に対して垂直向きに回動自在である薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置。
【請求項２】
ベースプレートと、
前記ベースプレートの上に載置されて、前記ベースプレートに対して第一の水平方向に移動可能な第１プレートと、
前記第１プレートの上に載置されて、前記第１プレートに対して前記第一の水平方向と直交する第二の水平方向に移動可能な第２プレートと、
前記第２プレートの上に載置されて、前記第一の水平方向に対して直交する１組の対向する端辺と、前記対向する端辺の一方の辺である第１端辺に設置される第１立ち上がり軸と、前記対向する端辺の他方の端辺である第２端辺に設置される第２立ち上がり軸とを有する第３プレートと、
前記第３プレートの上に載置されて、基板を積載して固定するための固定部と、前記基板に被覆される領域に第１中空部とを備え、前記第３プレートに対して前記第二の水平方向と直交する方向に移動可能な第４プレートと
を具備し、
前記第３プレートは、さらに前記基板に被覆される領域に第２中空部を備え、前記第１立ち上がり軸、および前記第２立ち上がり軸を中心に、前記第２プレートの水平面に対して垂直向きに回動自在である薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置。
【請求項３】
請求項２に記載の薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置において、
前記第２プレートは、前記第３プレートを、前記第１立ち上がり軸周りの前記第２プレートの水平面に対して水平方向から垂直方向までの間の任意角度において固定するための第１立ち上がり固定部を備える薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置において、
前記第２プレートは、前記第３プレートを、前記第２立ち上がり軸周りの前記第２プレートの水平面に対して水平方向から垂直方向までの間の任意角度において固定するための第２立ち上がり固定部を備える薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置。
【請求項５】
請求項２から４までの少なくとも一項に記載の薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置において、
前記第４プレートに備えられる前記基板を積載して固定するための前記固定部は、前記基板を前記第４プレートの所定位置にセンタリングするためのチャック部と、前記基板を前記第４プレート上の前記所定位置に保持するためのツメ部とを具備する薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置。
【請求項６】
請求項２から５までの少なくとも一項に記載の薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置において、前記第２プレートは、前記第３プレートが前記第１立ち上がり軸、あるいは前記第２立ち上がり軸周りに回動し、前記第２プレートの水平面に対して水平方向から垂直方向までの間の任意角度において固定された場合、前記第３プレートの前記第２プレートと接続されていない前記対向する端辺の一方を固定するための端面固定部を備える薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置と、
前記薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置に基板を搬送するための基板搬送装置と、
前記薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置に載置される前記基板に対してレーザビームを照射するレーザ照射装置と
を具備する薄膜を形成した基板のレーザ加工システム。
【請求項８】
ベースプレートと、前記ベースプレートに対して第一の水平方向であるＸ方向に移動可能なＸプレートと前記Ｘプレートの上に載置されて、前記Ｘ方向に平行な１組の対向する端辺と、前記対向する端辺の一方の辺である第１端辺に設置される第１立ち上がり軸と、前記対向する端辺の他方の端辺である第２端辺に設置される第２立ち上がり軸とを有する基板立ち上げプレートと、前記基板立ち上げプレート上に載置されて、基板を積載して固定するための固定部と、前記基板に被覆される領域に第１中空部とを備え、前記基板立ち上げプレートに対して前記第一の水平方向と直交するＹ方向に移動可能なＹプレートとを具備し、前記基板立ち上げプレートは、前記基板に被覆される領域に第２中空部を備え、前記第１立ち上がり軸、および前記第２立ち上がり軸を中心に、前記Ｘプレートの水平面に対して垂直向きに回動自在である薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置における薄膜を形成した基板のレーザ加工方法であって、
前記薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置に前記基板を搬入する基板搬入ステップと、
前記Ｙプレート上の所定位置に前記基板をセンタリングする基板センタリングステップと、
前記基板を前記Ｙプレートの前記所定位置に対して固定する基板固定ステップと、
前記基板の膜面と基板面のいずれの面を加工するかに応じて、前記第１立ち上がり軸と、第２立ち上がり軸とのうちいずれの軸を中心として前記基板立ち上げプレートを前記Ｘプレートの水平面に対して任意角度に回動させるか選択し、前記選択された前記軸周りに前記基板立ち上げプレートを回動させて前記任意角度に固定する基板配置ステップと、
予め決められた前記基板の加工領域に応じて、前記ベースプレートに対する前記Ｘプレートの前記Ｘ方向の移動量、および前記基板立ち上げプレートに対する前記Ｙプレートの前記Ｙ方向の移動量を制御し、前記基板の前記加工領域にレーザビームを照射する基板加工ステップとを具備する薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置における薄膜を形成した基板のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置、薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置における薄膜を形成した基板のレーザ加工方法に関し、特にレーザ光を用いて薄膜を形成した基板の膜面および基板面からレーザ光を入射して薄膜をエッチングするための立掛け型で基板の表裏面加工可能なＸ−Ｙステージを備えた薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置及びレーザ刻印装置、薄膜を形成した基板のレーザ加工用装置における薄膜を形成した基板のレーザ加工方法及びレーザ刻印方法に関する。
【０００２】
ここで、薄膜を形成した基板とは、薄膜太陽電池に例示されるように、基板上に表面電極膜、半導体積層による発電膜、裏面電極膜などの単層膜および積層膜の形成された基板であり、以降便宜上、半導体基板と記載する。従ってここでいう半導体基板とは半導体製造用基板として一般的に利用されるシリコンウエハー基板を特定するものではない。
【背景技術】
【０００３】
図１に示される薄膜太陽電池モジュールの製造工程を図２に示す。薄膜太陽電池モジュール１の製造においては、以下に示す工程が順次行われる。（ａ）透光性の基板２における発電セル１１の積層面が設定される。（ｂ）そして、基板２の積層面上に表面電極層３が蒸着により積層される。（ｃ）次に、表面電極層３の第１位置に、積層面側から入射されるレーザビームにより第１溝４が設けられる。（ｄ）次に、表面電極層３上に発電層５が積層される。（ｅ）次に、発電層５の第１位置とは異なる第２位置に、積層面側から入射されるレーザビームにより第２溝６が設けられる。（ｆ）次に、発電層５上に、第１裏面電極層７および第２裏面電極層８とからなる裏面電極層９が積層される。そして、裏面電極層の第１位置および第２位置とは異なる第３位置に、積層面とは反対の基板面側から入射されるレーザビームにより第３溝１０が設けられる。
【０００４】
従来の薄膜太陽電池モジュール１の製造工程においては、図３に示すように、基板に形成された膜面を下にして水平に載置した形態で、レーザビーム８３により溝を形成するためのエッチング加工を実施していた。つまり、基板８５は、Ｘ−Ｙステージ８６を備えた従来の半導体基板レーザ加工用装置上に載置され、基板８５のレーザ加工所望部に対してレーザビームパターン８７を形成すべく、基板８５上部に配置されるレーザー発振器８１から、レーザ光学系（ミラー８２、レンズ８４）を介してレーザ光が入射されていた。しかし、レーザエッチング加工では、図２の（ｇ）工程のように基板面からレーザビームを入射して所望の層の部位をエッチング除去する必要もあり、このため以下のような問題があった。
【０００５】
通常の生産工程における基板搬送は、形成した膜への傷付きを抑制するために、基板の膜面を上にして、下面の基板面を搬送ローラなどで支持して、各処理装置まで搬送が行われる。薄膜太陽電池の生産工程において、図２の（ｇ）工程のように基板面からレーザビームを入射するには、薄膜太陽電池モジュールの表裏を反転させてＸＹテーブルに設置する。このために基板反転装置が新たに必要になり、コストアップと装置設置面積の増大が発生する。次に、基板面側からレーザ光を入射して膜面をレーザ加工するにあたり、ＸＹテーブルをレーザ光により傷付けることなく、膜のエッチング屑の除去を容易として良好な加工溝を形成できるようにレーザ加工用装置に備えられたＸＹテーブルに複数の基板支持ピン（図示せず）を設置して基板を支持する。このため、基板支持ピン位置を、レーザ入射した加工位置とずらす必要がある。また、複数の基板支持ピンによる基板の支持においては、自重により基板に撓みや反りが生じ、レーザ加工位置におけるレーザビームのエネルギー密度にばらつきが発生する。このため、基板の面積が大きくなるに連れて、基板の膜面におけるエッチングの幅や深さなどのばらつき分布が生じ、電池性能に影響が表れる場合がある。また、基板面側からのレーザ光入射加工時は、基板支持ピンで膜面を支持するため電池膜に損傷が発生し、電池性能に影響が表れる場合がある。
【０００６】
上記した技術に関連して、以下に示すような報告がなされている。
【０００７】
特開平８−１１４７９０号公報に開示されている「液晶基板自動搬送装置」では、カセットストッカ部と、このカセットストッカ部に設置されたカセットから液晶基板を取り出す基板ピックアップ機構と、この基板ピックアップ機構によりカセットから取り出された液晶基板を所定位置へ搬送する基板搬送部とを備え、基板搬送部は、搬送部本体と、この搬送部本体の上面に設置された昇降テーブルと、この昇降テーブルに載置された液晶基板を把持して所定位置へ搬送する基板搬送機構と、基板ピックアップ機構によりカセットから取り出された液晶基板を反転させて昇降テーブルの上方位置に搬送する基板反転搬送機構とを有してなる液晶基板自動搬送装置が提案されている。
【０００８】
また、特開平９−６２０１０号公報に開示されている「レジスト塗布装置」では、ニップローラとロッドバーおよびレジストの受け皿とを少なくとも有し、ニップローラとロッドバーの対向部を通過するガラス基板に前記受け皿内のレジストの溶液をロッドバーの回転で接触させることにより塗布する塗布装置と、ニップローラとロッドバーの対向部にガラス基板を搬入する塗布前基板搬送部、およびレジストの溶液を塗布したガラス基板を塗布姿勢のまま反転部に搬出する塗布後搬送装置とからなるレジスト塗布部と、塗布後搬送装置の先端部に設置してレジスト塗布部から搬送されてきたガラス基板を一旦停止させるストッパーと、ストッパーを通過したガラス基板の搬送方向と平行な両端に係合して保持する基板チャックを搭載して搬送方向に回転してガラス基板を搬送する反転アームとからなる反転前搬送部と、反転前搬送部から搬送されたガラス基板を受けて後段のレベリング装置に搬送する反転後搬送部とからなる反転部を備え、レジストの溶液塗布後のガラス基板が通過する塗布後搬送装置および反転部を構成する少なくともガラス基板に近接もしくは接触配置される部材を導電性材料で構成したレジスト塗布装置が提案されている。
【０００９】
また、特開２００２−１６７０３６号公報に開示されている「大型基板搬送装置及び搬送方法」では、大型基板を真空処理室外の基板受け渡しステージで基板を受け渡しする搬送台車と、この搬送台車上で基板を保持する基板保持機構とを具えた大型基板搬送装置において、基板搬送ローラーの基板受け渡しステージ位置にあるローラーフレームが他の基板搬送ローラー部と分離して傾斜安定角度まで起立し、搬送台車の基板保持機構に基板の受渡しをする可倒式基板受渡し機構を搬送ローラーに組み込んだ大型基板搬送装置が提案されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平８−１１４７９０号公報
【特許文献２】特開平９−６２０１０号公報
【特許文献３】特開２００２−１６７０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、特にレーザ光を用いて半導体基板の膜面および基板面からレーザ光の入射を行い、基板に形成された薄膜の高品質なレーザ加工を行い、コンパクトで必要最少限度の設置面積を実現する半導体基板レーザ加工用装置及びレーザ刻印装置、半導体基板レーザ加工用装置における半導体基板レーザ加工方法、及びレーザ刻印方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
本発明の半導体基板レーザ加工用装置（３００）は、ベースプレート（４３）と、ベースプレートの上に載置されて、ベースプレートに対して第一の水平方向であるＸ方向に移動可能なＸプレート（３６）と、Ｘプレートの上に載置されて、Ｘ方向に平行な１組の対向する端辺と、対向する端辺の一方の辺である第１端辺に設置される第１立ち上がり軸（５０Ａ）と、対向する端辺の他方の端辺である第２端辺に設置される第２立ち上がり軸（５０Ｂ）とを有する基板立ち上げプレート（３７）と、基板立ち上げプレート上に載置されて、基板（１００）を積載して固定するための固定部（２８）と、基板に被覆される領域に第１中空部とを備え、基板立ち上げプレートに対して第一の水平方向と直交するＹ方向に移動可能なＹプレート（３１）とを備え、基板立ち上げプレートは、基板に被覆されＹプレート（３１）の駆動範囲にある領域に第２中空部を備え、第１立ち上がり軸、および第２立ち上がり軸を中心に、Ｘプレートの水平面に対して垂直向きに回動自在である。
【００１４】
また、本発明の半導体基板レーザ加工用装置（３００）は、ベースプレート（４３）と、ベースプレートの上に載置されて、ベースプレートに対して第一の水平方向に移動可能な第１プレート（３５）と、第１プレートの上に載置されて、第１プレートに対して第一の水平方向と直交する第二の水平方向に移動可能な第２プレート（３６）と、第２プレートの上に載置されて、第一の水平方向に対して直交する１組の対向する端辺と、対向する端辺の一方の辺である第１端辺に設置される第１立ち上がり軸（５０Ａ）と、対向する端辺の他方の端辺である第２端辺に設置される第２立ち上がり軸（５０Ｂ）とを有する第３プレート（３７）と、第３プレートの上に載置されて、基板（１００）を積載して固定するための固定部（２８）と、基板に被覆される領域に第１中空部とを備え、第３プレートに対して第二の水平方向と直交する方向に移動可能な第４プレート（３１）とを備え、第３プレートは、さらに基板に被覆され第４プレート（３１）の駆動範囲にある領域に第２中空部を備え、第１立ち上がり軸、および第２立ち上がり軸を中心に、第２プレートの水平面に対して垂直向きに回動自在である。
【００１５】
また、本発明の半導体基板レーザ加工用装置（３００）における第２プレート（３６）は、第３プレート（３７）を、第１立ち上がり軸周りの第２プレートの水平面に対して水平方向から垂直方向までの間の任意角度において固定するための第１立ち上がり固定部（２４）を備える。
【００１６】
また、本発明の半導体基板レーザ加工用装置（３００）における第２プレート（３６）は、第３プレート（３７）を、第２立ち上がり軸周りの第２プレートの水平面に対して水平方向から垂直方向までの間の任意角度において固定するための第２立ち上がり固定部（２４）を備える。
【００１７】
また、本発明の半導体基板レーザ加工用装置（３００）において、第４プレート（３１）に備えられる基板（１００）を積載して固定するための固定部（２８）は、基板を第４プレートの所定位置にセンタリングするためのチャック部（２８）ｂと、基板を前記第４プレート上の所定位置に保持するためのツメ部（２８ａ）とを備える。
【００１８】
また、本発明の半導体基板レーザ加工用装置（３００Ａ）において、第２プレート（３６）は、第３プレート（３７）が第１立ち上がり軸（５０Ａ）、あるいは第２立ち上がり軸（５０Ｂ）周りに回動し、第２プレートの水平面に対して水平方向から垂直方向までの間の任意角度において固定された場合、第３プレートの第２プレートと接続されていない対向する端辺の一方を固定するための端面固定部（４４）を備える。
【００１９】
また、本発明の半導体基板レーザ加工システム（４００）は、請求項１から６までのいずれか一項に記載の半導体基板レーザ加工用装置（３００、３００Ａ）と、半導体基板レーザ加工用装置に基板を搬送するための基板搬送装置（３８）と、半導体基板レーザ加工用装置に載置される前記基板に対してレーザビームを照射するレーザ照射装置（２００）とを備える。
【００２０】
また、本発明の半導体基板レーザ加工用装置（３００、３００Ａ）における半導体基板レーザ加工方法は、ベースプレート（４３）と、ベースプレートに対して第一の水平方向であるＸ方向に移動可能なＸプレート（３６）とＸプレートの上に載置されて、Ｘ方向に平行な１組の対向する端辺と、対向する端辺の一方の辺である第１端辺に設置される第１立ち上がり軸（５０Ａ）と、対向する端辺の他方の端辺である第２端辺に設置される第２立ち上がり軸（５０Ｂ）とを有する基板立ち上げプレート（３７）と、基板立ち上げプレート上に載置されて、基板（１００）を積載して固定するための固定部（２８）と、基板に被覆される領域に第１中空部とを備え、基板立ち上げプレートに対して第一の水平方向と直交するＹ方向に移動可能なＹプレート（３１）とを有し、基板立ち上げプレートは、基板に被覆されＹプレート（３１）の駆動範囲にある領域に第２中空部を備え、第１立ち上がり軸、および第２立ち上がり軸を中心に、Ｘプレートの水平面に対して垂直向きに回動自在である半導体基板レーザ加工用装置における半導体基板レーザ加工方法であって、半導体基板レーザ加工用装置（３００、３００Ａ）に基板を搬入する基板搬入ステップと、Ｙプレート上の所定位置に基板をセンタリングする基板センタリングステップと、基板をＹプレートの所定位置に対して固定する基板固定ステップと、基板の膜面と基板面のいずれの面を加工するかに応じて、第１立ち上がり軸と、第２立ち上がり軸とのうちいずれの軸を中心として基板立ち上げプレートをＸプレートの水平面に対して任意角度に回動させるか選択し、選択された軸周りに基板立ち上げプレートを回動させて任意角度に固定する基板配置ステップと、予め決められた基板の加工領域に応じて、ベースプレートに対するＸプレートのＸ方向の移動量、および基板立ち上げプレートに対するＹプレートのＹ方向の移動量を制御し、基板の加工領域にレーザビームを入射する基板加工ステップとを備える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、特にレーザ光を用いて、薄膜太陽電池などの半導体基板の膜面および基板面にレーザ光を入射し高品質なレーザ加工を行い、コンパクトで必要最少限度の設置面積を実現する半導体基板レーザ加工用装置およびレーザ刻印装置、半導体基板レーザ加工用装置における半導体基板レーザ加工方法及びレーザ刻印方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
添付図面を参照して、本発明による半導体基板レーザ加工用装置およびレーザ刻印装置、半導体基板レーザ加工用装置における半導体基板レーザ加工方法およびレーザ刻印方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。
【００２３】
本発明の実施の形態に係わる半導体基板レーザ加工用装置は、特にレーザ光を用いて、太陽電池などの半導体基板の膜面および基板面にレーザ光を入射して、薄膜のエッチングやレーザ刻印などの高品質なレーザ加工を行うとともに、その装置構成がコンパクトであることにより、最少限の設置面積のみで当該装置を設置することができることを特徴とする。本発明の実施の形態に係わる半導体基板レーザ加工用装置は、ベースプレートと、当該ベースプレートの上に載置されて、ベースプレートに対して第一の水平方向であるＸ方向に移動可能なＸプレートと、当該Ｘプレートの上に載置されて、Ｘ方向に平行な１組の対向する端辺と、当該対向する端辺の一方の辺である第１端辺に設置される第１立ち上がり軸と、もう一方の端辺である第２端辺に設置される第２立ち上がり軸とを有する基板立ち上げプレートとを有する。さらに、基板立ち上げプレート上には、基板を積載して固定するための固定部と、基板に被覆される領域に中空部とを備え、上記基板立ち上げプレートに対して第一の水平方向と直交するＹ方向に移動可能なＹプレートが載置される。上記基板立ち上げプレートは、基板に被覆される領域に中空部を備え、第１立ち上がり軸および第２立ち上がり軸を中心に、上記Ｘプレートの水平面に対して水平方向から垂直方向までの傾斜角度範囲内において回動自在であり、当該傾斜角度範囲内の任意位置においてＸプレートに対して固定される。
【００２４】
本発明の実施の形態に係わる半導体基板レーザ加工用装置においては、第一の水平方向と直交する第２の水平方向から入射されるレーザ光線に対して、当該装置に積載されて製膜対象となる基板の膜面と基板面のいずれの面を加工するかに応じて、第１立ち上がり軸と、第２立ち上がり軸とのうちいずれの軸を中心として基板立ち上げプレートをＸプレートの水平面に対して任意角度に回動させるか選択し、選択された軸周りに基板立ち上げプレートを回動させて任意角度に固定する。これにより、従来は、製膜対象となる基板の膜面と基板面のいずれの面からレーザ光を入射して加工するかに応じて、基板を反転させるための専用の基板反転装置を必要とするために、当該基板の２倍を大きく上回る設置面積を必要としていた装置設置面積が、本発明により概ね基板をレーザ加工するために基板を移動する範囲の面積程度にまで縮小することができる。
【００２５】
従来の半導体基板レーザ加工用装置においては、基板支持ピンを使用して水平方向に基板を支持し、垂直方向からレーザ光を入射することにより当該基板の所望位置に対してレーザ加工を行っており、特に基板の基板面からエッチングやレーザ刻印といったレーザ加工を行う際には、基板の膜面を上記基板支持ピンで支持するために膜面を損傷することがあった。特に大型基板に対してレーザ加工を行う場合には、当該支持ピンによる支持では、レーザ加工中の基板に撓みや反りが生じ、基板の加工対象領域に渡って均一なレーザ加工が難しかった。これに対し、本発明の実施の形態に係わるレーザ加工用装置を用いることで、基板を略縦方向に設置したために基板の重力による撓みや反りの発生を抑制したレーザ加工を行うことにより、基板支持において膜面に損傷を与えることはない。また、レーザ加工中の基板に撓みや反りがほとんど生じず、所望の加工領域全面に渡って均一なレーザ加工が可能となる。このように、本発明の半導体基板レーザ加工用装置における半導体基板レーザ加工方法により、薄膜太陽電池モジュールなど高品質な基板を製造することが出来る。
【００２６】
（実施の形態１）半導体基板レーザ加工（エッチングおよびレーザ刻印）用装置
本発明の実施の形態１に係わる半導体基板レーザ加工用装置の概略構成を図４Ａに示す。本実施の形態に係わる半導体基板レーザ加工用装置３００は、ベースプレート４３と、ベースプレート４３の上に載置されて、δ方向直動ガイド４２を介して、ベースプレート４３に対して第三の水平方向であるδ方向に移動可能なプレートＡ３５と、プレートＡ３５の上に載置されて、Ｘ方向直動ガイド４１およびプレートＢＸ方向駆動システム２６により、プレートＡ３５に対してδ方向と直交する第一の水平方向であるＸ方向に移動可能なプレートＢ３６とを備えている。プレートＡの側面部には嵌合溝が設けられており、プレートＡは、ベースプレート上に設置されて上記嵌合溝と嵌合することによりプレートＡのベースプレートに対するδ方向の位置を調整するプレートＡδ方向位置調整システム２７により位置調整される。
【００２７】
また、プレートＢ３６の上には、第三の水平方向に対して直交する１組の対向する端辺と、当該対向する端辺の一方の辺である第１端辺に設置される第１立ち上がり軸５０Ａと、もう一方の端辺である第２端辺に設置される第２立ち上がり軸５０Ｂとを有するプレートＣ３７が備えられている。さらに、プレートＣ３７の上には、Ｙ方向直動ガイド２９を介して、基板１００を積載して固定するための基板センタリング兼用基板保持用チャックツメ２８を有したプレートＤ３１が備えられている。プレートＤ３１において積載基板により被覆される領域は、中空部を構成している。また、プレートＤ３１は、プレートＣ３７に対して、プレートＣ３７が水平に載置されている場合には第一の水平方向と同一となるＹ方向に、プレートＤＹ方向駆動システム２２により可動である。
【００２８】
プレートＣ３７は、さらに、プレートＤ３１に積載される上記基板に被覆され、さらにプレートＤ３１の駆動範囲にある領域全体にプレートＣ３７は中空部を備えている。そして、上記第１立ち上がり軸５０Ａ、および上記第２立ち上がり軸５０Ｂを中心に、プレートＢ３６の水平面に対して垂直方向に向けて回動可能である。プレートＣ３７をプレートＢ３６の水平面から垂直方向に向けて回転させる場合、例えば図４Ａに見られる第１立ち上がり軸５０Ａに取り付けられた表面入射用回転ギアに、プレートＣ立ち上がり駆動ギア２４を嵌合させ、プレートＣ立ち上がり駆動ギア２４に連動しているプレートＣ立ち上がり駆動システム２５の回転動力を使用してプレートＣ３７の立ち上げを行えば良い。プレートＣ３７の傾き角が、プレートＢ３６の水平面から所望の角度になった時点でプレートＣ立ち上がり駆動システムを停止することにより、プレートＣ３７の位置は固定される。しかし、プレートＢ３６がＸ方向に直動するにあたり、プレートＣ３７の剛性が不十分な場合には、プレートＣ３７が揺れて、レーザ焦点と装置に積載されている基板１００との相対的な距離が変動し、基板が大面積である場合には、レーザエッチング加工の均一性に問題を生じる場合がある。このため、図４Ｂに示されるように、半導体基板レーザ加工用装置３００ＡのプレートＢ３６上に、プレートＣ３７のプレートＢ３６と接続されていない上記対向する端辺の一方を固定するためのプレートＣ用上部揺れ止めガイド４４を設ける。このゆれ防止ガイド４４は、プレートＣ３７が立ち上がった際に、電磁チャックなどを用いてプレートＣ３７の上部をクランプして固定できるようになっている。これにより、プレートＣ３７が第１立ち上がり軸５０Ａ、あるいは第２立ち上がり軸５０Ｂ周りに回動し、プレートＢ３６の水平面に対して水平方向から垂直方向までの間の所定角度において固定され、且つ当該位置におけるレーザ加工中の安定した基板駆動を達成できる。図４Ｂに示されたプレート用上部揺れ止めガイド４４は、プレートＣ３７が第1立上り軸５０Ａ周りに回動したときのものである。第２立ち上がり軸５０Ｂ周りに回動したものは図示されていないが、同様にプレートＣ用上部揺れ止めガイド４４を設けて固定することが出来る。
【００２９】
レーザー光を発振するレーザー発振器が、図４Ａに示されるδ方向の第1立上り軸５０Ａ側にある場合、プレートＣ３７を第１立ち上がり軸５０Ａ周りにプレートＢ３６の水平面から垂直方向に向けて回転させることにより、積載基板は、膜面（通常、基板は搬送コンベア３８で膜面を上に向けて搬送して、膜面を上にしたままで装置に積載されるため）に対してレーザ加工が可能な状態に配置される（図５）。同様に、プレートＣ３７を第２立ち上がり軸５０Ｂ周りにプレートＢ３６の水平面から垂直方向に向けて回転させることにより、積載基板は、基板面側からレーザ光を入射して膜のレーザ加工が可能な状態に配置される（図６）。この時、プレートＣ立ち上がり駆動ギア２４は、リニアガイド３２を介して第２立ち上がり軸５０Ｂ位置にまで移動し、当該第２立ち上がり軸５０Ｂと嵌合して、プレートＣ立上り駆動システム２５を前記とは逆方向に回転させる。図４Ａにおいては、プレートＣ３７を立ち上げるのに、リニアガイド３２を介して移動可能なプレートＣ立ち上がり駆動ギア２４を使用しているが、プレートＣ立ち上がり駆動ギア２４は、各々の立ち上がり軸に予め１つずつ配置されていても良い。また、プレートＣ３７の立ち上げには、プレートＣ立ち上がり駆動システム２４に電気モータ等の駆動系が接続され、プレートＣ立上り駆動システム２５を用いずに直接に電動による立ち上げとしても良いし、あるいは、プレートＢ３６にエアシリンダーを用いたプレートＣ立上り駆動システムを追加するなど、同等の機能を備えた駆動装置であれば代替可能である。
【００３０】
以上説明してきたように、本実施の形態においては、プレートＢ３６がプレートＡ３５に対してＸ方向に移動可能であり、プレートＤ３１がプレートＣに対してＹ方向に移動可能である。また、プレートＣ３７がδ方向に対して直交する１組の対向する端辺のそれぞれに回転軸を有していることにより、プレートＣ３７を各々の回転軸周りに回動させて、δ方向から本実施の形態に係わる半導体基板レーザ加工用装置に向けて照射されるレーザ光線を、プレートＤ３１を介してプレートＣ３７上に載置されているレーザ加工対象基板の膜面側または基板面側からレーザ光を入射して、加工膜するに対して焦点させる。そして、基板の所望のレーザ光入射側の面および所望のレーザ加工領域に基づいて、回動する回転軸の選択、およびＸ，Ｙ方向の移動制御量を決めることにより、基板のレーザ加工を行うことが出来る。プレートＡ３５のδ方向に対する移動は、レーザ光線の基板に対する焦点距離を最適にするためにレーザ光線の焦点位置と基板の位置との相対距離を調整するためのものである。プレートＣ３７において、第１立ち上り軸５０Ａを回転軸周りに回動させて立ち上げた場合と、第２立ち上り軸５０Ｂを回転軸周りに回動させて立ち上げた場合とでは、プレートＣ３７とレーザ光の焦点位置の距離は大きく違うため、プレートＡ３５のδ方向に対する移動が必要となる。但し、本実施の形態に対してレーザ光線を入射する入射光学系が、レーザ光線の基板に対する焦点距離を最適にするためにレーザ光線の焦点位置と基板の位置との相対距離を調整するためのδ方向のレーザ光線焦点調整機構を有している場合には、本実施の形態はプレートＡ３５を備えている必要はない。
【００３１】
また、本実施の形態の説明においては、上記のような機能を有する構成要件の組み合わせを備えた半導体基板レーザ加工用装置により、基板に対して所望のレーザ加工が行えることを示したが、本発明においては、上記のような機能を有する構成要件の組み合わせに限らず、同等機能を備えた他の構成要件（水平照射されるレーザ光の照射方向に直交する第１軸、第２軸周りに垂直方向に向けてレーザ加工対象である基板を立ち上げることにより、当該基板の膜面側または基板面側からレーザ光の入射に対して概ね垂直に上記レーザ光を照射させる機能を有した構造物、および上記第１軸、第２軸それぞれの方向とそれに直交する方向とに当該基板を移動制御する機能を備えた位置制御機構）の組み合わせにより、基板に対して所望のレーザ加工が行える半導体基板レーザ加工用装置を実現しても良い。
【００３２】
本実施の形態により、基板反転装置が不要となり、装置コストを低減できるとともに、半導体基板レーザ加工用装置の設置面積を、概ね基板の面積とレーザ加工のために基板を移動する範囲程度にまで縮小することができる。
【００３３】
（実施の形態１の動作原理）
次に、本実施の形態に係わる半導体基板レーザ加工用装置３００、３００Ａにおける動作原理について説明する。
【００３４】
本実施の形態に係わる半導体基板レーザ加工用装置３００、３００Ａを用いた半導体基板のレーザ加工に先がけて、レーザ加工対象となる基板１００がローラコンベアで装置に搬送される。半導体基板レーザ加工用装置３００、３００Ａでは、プレートＣ３７が水平な状態において、基板１００がプレートＤ３１上部にまで搬送されてくると、図１２に示されるように、プレートＤに備えられた基板センタリング兼用基板保持用電磁チャックツメ２８のツメ部２８ａが、基板をプレートＤの所定位置にセンタリングする。プレートＣが少し立ち上がり、プレートＢ３６上に設置されている基板搬送ローラ３９の高さがプレートＤに対して下降すると、プレートＤの所定位置にセンタリングされた基板がプレートＤに密着し、基板センタリング兼用基板保持用チャックツメ２８のチャック部２８ｂが、ツメ部２８ａの凹部分を介して基板を保持してプレートＤに固定する。基板センタリング兼用基板保持用チャックツメ２８は、プレートＤ上の基板を包囲する位置に複数個配設され、基板の対向する２組の端辺それぞれが揺れないように保持する。基板センタリング兼用基板保持用チャックツメ２８は電磁力を利用したチャックやエア圧を利用したチャックなどを利用することが出来る。また、薄膜太陽電池を完成後に屋外使用時において、基板周囲におけるレーザエッチング溝を経由して薄膜太陽電池内部に外気湿分が進入しないように、基板端部分までレーザ加工を行わないことが望ましい。この場合には、当該基板センタリング兼用基板保持用チャックツメ２８にレーザ光のマスキング板を接続することが可能である。
【００３５】
基板のレーザ加工が開始されると、以下の工程が行われる。
【００３６】
（１）基板１００の膜面側と基板面側からのレーザ光入射のいずれの加工するかに応じて、第１立ち上がり軸５０Ａと、第２立ち上がり軸５０Ｂとのうちいずれの軸を中心としてプレートＣ３７をプレートＢ３６の水平面に対して任意角度に回動させるか選択し、選択された当該軸周りにプレートＣ３７を回動させる。プレートＣ立ち上がり駆動システム２５のウォーム軸を回転させることによりプレートＣ立ち上がりギア２４を移動させ、例えばプレートＣ３７の表面入射用回転ギア２３に密着させて回転させる。プレートＣ３７の表面入射用回転ギア２３を回すことで、プレートＣ３７が水平位置から垂直位置へと徐々に立ち上がる。そして、プレートＣ３７がプレートＢに対して所望の任意角度になったところでプレートＣ立ち上がり駆動システム２５を停止してプレートＣ３７の位置を固定する。固定の際には、基板のサイズおよびレーザ加工時の振動環境に基づいて、プレートＢ３６上に設けられ、プレートＣ３７のプレートＢ３６と接続されていない端辺を固定するためのプレートＣ用上部揺れ止めガイド４４を使用する。また、プレートＣ３７の位置を固定する際に、水平位置から垂直に限らずに、鉛直方向より傾斜角θを設けても良い。その傾斜角θを、例えば鉛直方向よりθ＝１０°程度傾斜させて固定すると、基板１００はプレートＤに、そしてプレートＤはプレートＣに、それぞれ自重の約１７％分の力で押し付けることになり、プレートＤのＹ方向移動に際してのＹ方向直動ガイド２９の微小クリアランスなどガタによる浮遊分を解消でき、精度の高いレーザ加工が可能となる。傾斜角θは、大きいほど基板の安定性は増すが、それに伴いレーザ光が斜めに入射するため、エッチングなどのレーザ加工を行う際にはレーザ光によるエッチング幅が増加するとともに、エッチング溝の両側の加工側面のレーザ光のエネルギー密度に差異を生じて、良好なエッチング可能が出来なくなるなどを考慮に入れてθ＝５〜１５°の範囲で傾斜角度を選定し、基板加工面に対して概ね垂直の範囲内とするのが良い。
【００３７】
ここで、基板を垂直設置した場合におけるレーザ光線の基板表面（膜面）入射加工状態を図７に、基板を斜め設置した場合におけるレーザ光線の基板表面（膜面）入射加工状態を図８に、基板を垂直設置した場合におけるレーザ光線の基板裏面（基板面）入射加工状態を図９に、基板を斜め設置した場合におけるレーザ光線の基板裏面（基板面）入射加工状態を図１０に、そして、プレートＣ用上部揺れ止めガイド４４を用いて基板を垂直設置した場合におけるレーザ光線の基板表面（膜面）入射加工状態を図１１にそれぞれ示す。
【００３８】
（２）次に、プレートＡ３５に対するプレートＡδ方向位置調整システム２７により、レーザ光の焦点と基板の膜加工位置との相対距離が適正になるように調整する。
【００３９】
（３）次に、プレートＢのＸ方向への直動システムと、プレートＤのＹ方向への直動システムにより、基板の膜をエッチング加工する。装置構成の剛性と荷重において、プレートＤのＹ方向への直動システムのプレートＤの移動可能速度から判断してＹ方向をレーザエッチングの溝加工方向として、プレートＢのＸ方向をエッチング位置の送りとする。また、加工状況に応じて前記に拘ることなくＸ、Ｙそれぞれのエッチング方向と送り方向とを自由に選択可能である。そして、予め決められた基板の加工領域に応じて、プレートＢ３６のプレートＡ３５に対するＸ方向の移動量、およびプレートＣ３７に対するプレートＤ３１のＹ方向の移動量を制御し、基板の加工領域にレーザ光を照射する。
【００４０】
レーザ加工が終了すると、上記（１）に記載したのと逆の手順で加工済み基板を装置外部に搬出する。尚、レーザ加工の際には、加工処理時間を短縮するために、Ｘ（またはＹ）方向の往復の工程でエッチング加工することが望ましい。
【００４１】
本実施の形態に係わるレーザ加工用装置を用いたレーザ加工を行うことにより、基板面からのレーザ入射のために基板を反転させる基板反転装置が不要となる。また反転した基板の膜面にて基板をピン支持する手法に比較して膜面に損傷を与えることを防止できる。また、基板の自重によりレーザ加工中の基板に撓みや反りが生じず、所望の加工領域全面に渡って均一なレーザ加工が可能となる。このように、本発明の半導体基板レーザ加工用装置における半導体基板レーザ加工方法により、薄膜太陽電池モジュールの集積化加工などにおいて、高品質な半導体基板を製造することが出来る。
【００４２】
（実施の形態２）半導体基板レーザ加工用システム
本発明の実施の形態２に係わる半導体基板レーザ加工用システムの概略構成を図４Ａおよび図４Ｂに示す。本実施の形態に係わる半導体基板レーザ加工用システム４００、４００Ａは、実施の形態１に係わる半導体基板レーザ加工用装置３００、３００Ａと、半導体基板レーザ加工用装置に基板を搬送するための基板搬送搬送ローラコンベア３８と、半導体基板レーザ加工用装置３００、３００Ａに載置される基板１００に対してδ方向からレーザビーム２１０を照射するレーザ発振器２００とを備えている。図４Ａおよび図４Ｂに示されている本実施の形態においては、レーザ発振器２００がそれぞれ１台のみ備えられているが、レーザ発振器２００は、レーザ加工の速度向上のために、複数本あることが望ましい。また、レーザ発信器２００は１台のままで、基板に照射するレーザビーム２１０をハーフミラーなどを用いて複数本の同一エネルギ密度を持つレーザービームに分けることで、同様にレーザ加工速度を向上することが出来る。
【００４３】
本実施の形態に備わる半導体基板レーザ加工用装置３００、３００Ａ、および本実施の形態による半導体基板のレーザ加工の動作原理については、実施の形態１において説明したのでここではその説明を省略する。
【００４４】
本実施の形態により、実施の形態１と同様、基板反転装置が不要となりコスト低減が可能である。また、半導体基板レーザ加工用システムの設置面積を、概ね基板の面積と加工のために基板を移動する範囲程度にまで縮小することができる。また、本実施の形態に係わるレーザ加工用システムにより半導体基板のレーザ加工を行うことにより、レーザ加工中における基板支持において基板支持ピンにより膜面に損傷を与えることを防止する。さらに、レーザ加工中の基板に撓みや反りが生じず、所望の加工領域全面に渡って均一なレーザ加工が可能となる。そして、薄膜太陽電池モジュールなど、高品質な半導体基板を製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】薄膜太陽電池モジュールの断面構造を示す図である。
【図２】薄膜太陽電池モジュールの製造工程を示す図である。
【図３】従来のＸ−Ｙステージを備えた半導体基板レーザ加工装置におけるレーザ加工の模式を示した図である。
【図４Ａ】実施の形態１に係わる半導体基板レーザ加工装置、実施の形態２に係わる半導体基板レーザ加工システムの概略構成を示す図である。
【図４Ｂ】実施の形態１に係わる半導体基板レーザ加工装置、実施の形態２に係わる半導体基板レーザ加工システムの概略構成を示す図である。
【図５】実施の形態１におけるレーザ光線の基板表面（膜面）入射加工時のセット状態を示す図である。
【図６】実施の形態１におけるレーザ光線の基板裏面（基板面）入射加工時のセット状態を示す図である。
【図７】実施の形態１で基板を垂直設置した場合におけるレーザ光線の基板表面（膜面）入射加工状態を示す図である。
【図８】実施の形態１で基板を斜め設置した場合におけるレーザ光線の基板表面（膜面）入射加工状態を示す図である。
【図９】実施の形態１で基板を垂直設置した場合におけるレーザ光線の基板裏面（基板面）入射加工状態を示す図である。
【図１０】実施の形態１で基板を斜め設置した場合におけるレーザ光線の基板裏面（基板面）入射加工状態を示す図である。
【図１１】実施の形態１でプレートＣ上部揺れ止めガイドを用いて基板を垂直設置した場合におけるレーザ光線の基板表面（膜面）入射加工状態を示す図である。
【図１２】実施の形態１に備えられる基板センタリング兼用基板保持用電磁チャックツメの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…太陽電池
２…基板
３…表面電極層
４…第１溝
５…発電層
６…第２溝
７…第１裏面電極層
８…第２裏面電極層
９…裏面電極層
１０…第３溝
１１…発電セル
２２…プレートＤ  Ｙ方向駆動システム
２３…表面入射用回転ギア
２４…プレートＣ  立ち上がり駆動ギア
２５…プレートＣ  立ち上がり駆動システム
２６…プレートＢ  Ｘ方向駆動システム
２７…プレートＡ  δ方向位置調整システム
２８…基板センタリング兼用基板保持用チャックツメ
２８ａ…ツメ部
２８ｂ…チャック部
２９…Ｙ方向直動ガイド
３１…プレートＤ
３２…リニアガイド
３５…プレートＡ
３６…プレートＢ
３７…プレートＣ
３８…基板搬送ローラコンベア
３９…基板搬送ローラ
４０…基板面入射用回転ギア
４１…Ｘ方向直動ガイド
４２…δ方向直動ガイド
４３…ベースプレート
４４…プレートＣ用上部揺れ止めガイド
５０Ａ…第１立ち上がり軸
５０Ｂ…第２立ち上がり軸
８１、２００…レーザー発振器
８２…ミラー
８３、２１０…レーザービーム
８４…レンズ
８５…基板
８６…Ｘ−Ｙステージ
８７…レーザービームパターン
１００…太陽電池基板
３００、３００Ａ…半導体基板レーザ加工用装置
４００、４００Ａ…半導体基板レーザ加工用システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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